家用學習機器人在智能機器設備發(fā)展中的應用研究（論文）家用學習機器人（設計）-畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計（論 文）</p><p>　　題目 ：家用學習機器人在智能機器設備發(fā)展中的</p><p>　　應用研究（論文）家用學習機器人（設計）</p><p>　　姓 名 楊欣 </p><p>　　學 號 1310741a21 </p>

2、<p>　　所在學院 工業(yè)設計學院 </p><p>　　專業(yè)班級 13產(chǎn)品2班 </p><p>　　指導教師 李翠玉 </p><p>　　日 期 2017年5月4 日 </p><p><b>　　摘 要</b></p>

3、<p>　　在歷經(jīng)的近年的計算機及相關領域技術加速發(fā)展期之后，各種日趨成熟的機器人系統(tǒng)開發(fā)平臺的不斷涌現(xiàn)，制作和研發(fā)機器人的技術已經(jīng)十分高超，基本不存在制作的障礙。機器人作為一種高端工藝品，不再只存于影視中，開始慢慢出現(xiàn)在人們的生活當中。當前，國內(nèi)的制造業(yè)和加工業(yè)的技術都有一定的進步，擁有著堅實的制作基礎，并且還有一個相對來說較為完整的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)鏈。在目前新興產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的趨勢下，為了進一步增強工業(yè)產(chǎn)品的競爭力，提高制造業(yè)的自

4、助創(chuàng)新能力，要著重推進國內(nèi)機器人工業(yè)的發(fā)展，尤其是家用機器人工業(yè)的發(fā)展，讓機器人制造工業(yè)在行業(yè)中占據(jù)一定的領先地位。</p><p>　　研發(fā)制造家用學習機器人，是在尊重一般規(guī)律的前提下使機器人帶有特殊性，將一種技術產(chǎn)品化的一個過程。有別于設計和開發(fā)特種機器人與產(chǎn)業(yè)機器人，家用的學習機器人的服務對象是市場上的多數(shù)普通消費者，其工作的地點和環(huán)境是日常中的生活區(qū)域以及公共的場所。家用學習機器人本質(zhì)上來說，屬于一種高技

5、術集成產(chǎn)品，其設計的主要目的在于如何實現(xiàn)高效率的人機交互，或者讓機器人擁有更高的環(huán)境適應能力。因此，對于家用學習機器人在市場上以何種方式出現(xiàn)，對于上述的兩個主題具有至關重要的作用，也對產(chǎn)品的市場表現(xiàn)力產(chǎn)生著決定性的作用。</p><p>　　關鍵詞：家用 學習 機器人 設計</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>

6、　　After years of computer and related technology in recent years to accelerate the development period, a variety of increasingly mature robot system development platform continues to emerge, the robot product design and

7、development has no large technical barriers. Robots will begin to walk into people's daily lives. China's modern processing and manufacturing industry in the past stage of the introduction and digestion of produc

8、tion capacity and technical strength has been a certain basis, and in </p><p>　　Home learning robot products is a technology product design process, in accordance with the general laws of technology products

9、 at the same time have a certain degree of particularity. Different from the design and development of industrial robots or special robots, home learning robot products are designed to be directed to the general user pop

10、ulation, the environment used is a complex daily life area and public places. Therefore, as a high-tech integrated products, home robot design topics foc</p><p>　　Keywords: Natural form Contemporary jewelry

11、Personality expression Composite material</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言5</b></p><p><b>　　1緒論6</b></p><p>　　1.1研究背景與意義6<

12、;/p><p>　　1.2強化學習的智能機器人的研究現(xiàn)狀6</p><p>　　1.3家用機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢7</p><p>　　1.3.1老齡化社會和殘疾人需要家用機器人服務7</p><p>　　1.3.2日常生活娛樂的需求7</p><p>　　1.3.3新的生活方式的需求7</p>&l

13、t;p>　　2家用機器人產(chǎn)品形式與交互設計8</p><p>　　2.1家用機器人技術的民用市場需求分析8</p><p>　　2.1.1娛樂機器人8</p><p>　　2.1.2家用電器機器人9</p><p>　　2.1.3靜止機器人9</p><p>　　2.1.4助理機器人9</p&g

14、t;<p>　　2.1.5類人機器人10</p><p>　　2.2家用學習機器人產(chǎn)品概念構思10</p><p>　　2.3家用學習機器人的交互作用與設計要素10</p><p>　　3家用學習機器人的設計方案12</p><p>　　3.1家用學習智能機器人的設計構思12</p><p>　

15、　3.1.1設計初衷12</p><p>　　3.1.2頭腦風暴12</p><p>　　3.1.3風格確定12</p><p>　　3.1.4草圖制作13</p><p>　　3.2家用學習智能機器人的設計概述14</p><p>　　3.3家用學習型智能機器人的優(yōu)缺點15</p><

16、p><b>　　結(jié) 論17</b></p><p><b>　　致 謝18</b></p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p><b>　　附 錄20</b></p><p><b>　　前 言<

17、/b></p><p>　　在最近的三十多年中，中國在集成電子電路、計算機技術以及人工智能的理論和實踐上取得了重大的進展，并且在新型傳感器和微型機電設備等行業(yè)中取得了重大的突破，這為國內(nèi)的機器人行業(yè)發(fā)展奠定了堅實的基礎，帶來了巨大的機遇和挑戰(zhàn)?；诖耍幸慌髽I(yè)抓機機遇開始研發(fā)新的技術，制造新式的玩具、商品和組裝的配件，同時還出售其他平臺化的商品。</p><p><b>

18、　　1緒論</b></p><p>　　1.1研究背景與意義</p><p>　　在不久的將來，家用機器人軟件的平臺標準將會在商用機器人領域內(nèi)出現(xiàn)，同時還會出臺相關的集群協(xié)作、遠程控制以及導航組件的相關標準。歐洲的多數(shù)國家將國內(nèi)的科研力量投入到家庭、辦公領域機器人以及工業(yè)機器人的標準制定中。這些現(xiàn)象無一不體現(xiàn)著機器人產(chǎn)品開始進入了普通的市場當中。</p><

19、p>　　早期國內(nèi)的技術與生產(chǎn)方式雖然引進了國外的方式和技術，但是經(jīng)過一段時間的吸收和消化，并轉(zhuǎn)化為國內(nèi)的生產(chǎn)基礎，同時在經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。在新一輪的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢中，我國機器人工業(yè)的發(fā)展，尤其是家用機器人的發(fā)展，能夠使得國內(nèi)的自主創(chuàng)新能力增強，同時提高產(chǎn)品的競爭力，促使產(chǎn)業(yè)發(fā)展占據(jù)行業(yè)的領先地位?？墒菄鴥?nèi)的生產(chǎn)技術基礎仍舊較為薄弱，和發(fā)達國家相比，國內(nèi)的精密制造業(yè)仍不發(fā)達。因此，我們應當充分把握市場的需求

20、還有企業(yè)的發(fā)展方向，整合創(chuàng)新資源，才能使這一行業(yè)取得重大的突破。</p><p>　　1.2強化學習的智能機器人的研究現(xiàn)狀</p><p>　　所謂的強化學習，指的是一個獲取最大回報的過程，即智能體學習通過一定的方式把環(huán)境投射到行為當中以獲取回報的最大化。這一學習方式帶有獎懲性，屬于適應性較強的學習方式。智能體可以在學習的過程中尋找較大獎賞的方式，發(fā)現(xiàn)并避免低效率的方法。這一學習方法——強

21、化學習法，在近幾年來被廣泛地運用于人工智能和機器人的身上，逐漸成為智能系統(tǒng)設計的核心技術之一。同時，科研工作者并不就此止步，不斷地研究強化學習的算法，使之在智能機器人的領域產(chǎn)生了巨大的進步。使用強化學習算法的智能機器人具有更高的環(huán)境適應能力，同時有更為高效地路徑規(guī)劃方法。</p><p>　　文獻提出一種新的狀態(tài)空間定義方法，用以限制動態(tài)環(huán)境下移動機器人的狀態(tài)數(shù)量，有效地減少Q(mào)值表的維數(shù)，提高系統(tǒng)的學習效率；反向

22、學習法可以系統(tǒng)地提高學習的效率；文獻中還提出了另外一種算法，即啟發(fā)式加速Q(mào)算法，該算法利用了啟發(fā)函數(shù)計算動作，用以增強強化學習算法；文獻中的神經(jīng)網(wǎng)絡還可以初始化Q值，可以優(yōu)化機器人的內(nèi)部算法。強化學習的速度和效率受到許多因素的影響，最主要的是狀態(tài)空間的大小以及環(huán)境的復雜度。當狀態(tài)空間過大，移動的機器人需要花費大量的時間探索新的學習策略，這不僅使得學習效率低，還很難得出最優(yōu)方法。這一問題是使用強化學習法時所無法避免的、由其本質(zhì)特征所決定的

23、，可是這一問題可以采用其他的算法來提高機器人的收斂速度和學習速率，來改進機器人。其中一種學習方法就是分層學習法，采用分而治之的原則，將原本的一個整體劃分為不同的子任務，并進一步分解子任務將其最小化，從而體現(xiàn)出空間的降維。</p><p>　　1.3家用機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢</p><p>　　機器人的發(fā)展應該是從六十年代初開始說起，那是人們才剛剛進入人們的視野，智能機器人其實就是仿照各種各

24、樣的人工智能綜合的成果，這些發(fā)展都是由于計算機的發(fā)展和進步。研究者在研究人工智能時用機器人的研發(fā)來體現(xiàn)自己所研發(fā)的人工智能，這也是人類首次證實了人工智能的作用，智能機器人的行動規(guī)劃及操作是可以根據(jù)環(huán)境和設定的任務目標來制定的。過了幾年，市場上對第一代機器人的需求逐漸減少，基于此，制造業(yè)將工業(yè)機器人的作用領域從汽車行業(yè)擴大到了電氣機械制造、非制造和電子等領域。第一代機器人在設計時并沒寫入視覺及觸覺的編程，所以第一代機器人沒有觸覺和聽覺。但

25、是市場上需要具有新功能的機器人，而此時計算機與傳感器飛速發(fā)展，這一技術有利地推動了機器人行業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了市場上第一代有感的，具有判斷和識別能力的機器人。</p><p>　　1990年以后，購買機器人的用戶多數(shù)是中小企業(yè)，因此機器人的制造體型基本趨于輕小化。譬如九十年代初日本生產(chǎn)的擦玻璃機器人、蘇聯(lián)的自由移動而且很輕的機器人。到了如今的21世紀機器人就變得應該是更加的智能化的方向去發(fā)展，比若說更聰明的機器人、更

26、快的分析、更自然地互動、更微妙的互動。家用智能機器人發(fā)展趨勢上也有了一定的變化：</p><p>　　1.3.1老齡化社會和殘疾人需要家用機器人服務</p><p>　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展，中國社會面臨的問題與挑戰(zhàn)也越來越多，當前尤為重要的就是如何應對人口老齡化和殘疾人人數(shù)越來越多的問題。由當前的現(xiàn)狀我們可以預見到，若是這些問題不能得到良好地解決，我國在未來將會投入大量的人力物力來照顧老年人以

27、及殘疾人，社會所承擔的壓力會越來越重。但是，如果能夠利用家用機器人的發(fā)展，研發(fā)出專門照顧和護理老人以及殘疾人的家用機器人，照顧他們的日常起居，不僅可以使他們的生活更為便利，還能一定程度上減輕國家及社會所承擔的責任。</p><p>　　1.3.2日常生活娛樂的需求</p><p>　　目前的娛樂活動的方式都較為單一、傳統(tǒng)。但是，隨著科學技術的發(fā)展，機器人逐漸走入了人們的日常生活當中，尤其是

28、家用機器人，在這種類型的機器人中有一型號的機器人專門被研發(fā)出來供人們?nèi)粘蕵分惺褂谩?lt;/p><p>　　1.3.3新的生活方式的需求</p><p>　　區(qū)別于其他用途的機器人，家用機器人最主要的目的就是服務于眾多的普通家庭，這也是為什么家用機器人可以成為大眾消費品的主要原因之一。美國等發(fā)達國家之所以大力推動家用機器人發(fā)展的，是因為它的發(fā)展可以一定程度上推動國家經(jīng)濟的發(fā)展。</p&

29、gt;<p>　　2家用機器人產(chǎn)品形式與交互設計</p><p>　　2.1家用機器人技術的民用市場需求分析</p><p>　　家庭機器人已經(jīng)越來越多的走進了我們的生活，對學齡前兒童的狀態(tài)的遠程查看，對父母來說也已經(jīng)不是可望不可即的夢，學齡前兒童如何自己在家學習?家長上班時誰來陪孩子玩?種種難題現(xiàn)在都可以解決了。韓國Robotics公司研發(fā)的最新智能機器人可進行唱歌、跳舞、

30、教授英文等兒童教輔工作。此外，機器人本身帶有的自身攝像頭有助于父母在遠程關注兒童行為，查看孩子的安全狀態(tài)。豐富多采的功能，卻僅需3600美元，標志著智能機器人的發(fā)展進入了新時代。在日本、韓國、西歐等發(fā)達國家，家用機器人在生活中承擔了越來越多的職能，打掃衛(wèi)生、家庭安保、洗碗等簡單的家務工作都可由機器人代勞。</p><p>　　據(jù)《世界機器人技術年度調(diào)查報告》最新統(tǒng)計結(jié)果顯示，機器人數(shù)量在近兩年來實現(xiàn)了成倍量的增長

31、，在2003年，全球機器人總數(shù)已經(jīng)達到60.7萬臺，僅在2002年就實現(xiàn)了全球三分之二的機器人增量。其中，最多的是除草機器人，共計有57萬臺，其次是除草機器人約有3.7萬臺，并對機器人的發(fā)展做出了如下預計，未來三年，機器人的數(shù)量還將實現(xiàn)倍增，增長速度將超過7倍。</p><p>　　在報告中，報告預計到2007年全球機器人總數(shù)將達到410萬臺，但除草機器人仍將占機器人的主要部分，此外清潔機器人如窗戶清潔和泳池清潔

32、也將大幅增長，實現(xiàn)突破。在家用機器人之外，娛樂機器人同樣普遍存在，并以全球69.2萬臺的總量占據(jù)了全球機器人的主體份額。此外，報告中還提到了各國機器人的認可程度，其中近兩年來亞洲和北美洲的機器人接受度增加，日本目前是世界上最大的機器人購買國。除此以外，北美洲和歐洲的機器人需求緊隨其后，歐盟作為發(fā)達國家集中區(qū)，在2003年機器人使用量達到25萬，德國、意大利、法國為主要發(fā)展國。隨著機器人技術的進一步發(fā)展，價格逐漸下降，在發(fā)展中國家機器人技

33、術的進展也是超乎想像的，極大的促進了機器人的普及與發(fā)展。</p><p>　　索尼公司研發(fā)的Abio寵物狗在上市以后，五年來外形和功能不斷被完善，較最初的版本已經(jīng)有了極大改觀。有人推測在未來十年，此類智能機器人還將進一步發(fā)展，承擔更多的功能。在未來數(shù)字家庭的發(fā)展趨勢與要求下，機器人將成為未來的家庭管家。同時，像其他科技類產(chǎn)品一樣，機器人產(chǎn)業(yè)會隨著科技的普及而逐漸減少其神秘性，增加其普及度，從而走入更多的普通家庭，

34、擴大其市場規(guī)模。此外，還將在家庭任務的分工上根據(jù)任務的不同，逐步細化，主要會包括以下幾種類型：</p><p>　　2.1.1娛樂機器人</p><p>　　娛樂機器人是指那些能夠在生活中借助自己的某些特征達到娛樂生活的目的。在形式上娛樂機器人沒有過多要求，可以具有人類外貌或者童話、小說的某個角色的外貌，主要目的是為了達到娛樂效果，因而它們常常多才多藝，具備諸如唱歌、交流、對話能力，可以感

35、知人類情感，從而對人類進行疏導、交流，降低精神緊張感，緩解情緒。在此類機器人的研發(fā)方面，日本公司在世界范圍內(nèi)處于領先地位。諸如豐田公司開發(fā)的一類娛樂機器人，具備唱歌的功能，外貌憨態(tài)可掬，可在互動中引得人類捧腹大笑。目前娛樂機器人的發(fā)展方向是不斷的縮小體積、完善功能。相對于一般的玩具來說，娛樂機器人的體積形態(tài)大多偏小，但一般都具有豐富的功能作用，可做出多種反應，且價格較為低廉，能夠被人接受。如Wowwee公司研發(fā)的RoboasPlne具有

36、遠程操控功能，可做多種指定動作，但售價僅為100美元，因而銷量甚廣。</p><p>　　2.1.2家用電器機器人</p><p>　　吸塵器機器人是家用電器機器人的主要代表，它們代指一類具有智能設備的家用電器，能夠具有某種特殊功能，更好的完成原有任務。比如智能吸塵器可以根據(jù)超聲波監(jiān)視器、紅外線電子眼等一系列高端設備，來避免清潔工作中意外事件的發(fā)生，保證機器人可獨立自主的完成某項工作。正如

37、一些機器人研發(fā)公司所說，機器人不僅僅是工作的代勞者，更應該是一個能夠兼具娛樂功能的思考者。</p><p>　　清潔機器人已經(jīng)問世多年。但由于成本的限制，此類機器人一直未得到有效的利用與發(fā)展，主要是由于資金投入不夠，所配備的軟件系統(tǒng)過于落后造成的。目前以銷售清潔機器人為主的iRob公司已經(jīng)在全球范圍內(nèi)銷售了數(shù)百萬臺類似的機器人，走人家家戶戶改善它們的生活方式。而且，此類機器人價格相對來說較為低廉，可被接受，這也同

38、樣是它廣泛應用的原因。</p><p>　　2.1.3靜止機器人</p><p>　　靜止機器人，就如同名字一樣，是一種固定的提供家用服務的機器人。如智能醫(yī)藥箱、智能衣柜等，會在你需要的時候進行一定的專業(yè)指導與消息通知，在生活的各個方面協(xié)助你。</p><p>　　2.1.4助理機器人</p><p>　　助理機器人作為一個熱門分類，不僅種類

39、齊全，還具有豐富的功能，涉及軍事、個人等多個市場。目前有一種個人助理機器人，可協(xié)助使用者進行人面孔和語音的確認。配備的微型攝影機和麥克風可準確識別對方身份，并將其信息儲存在相應的儲存器中，當再次遇到同樣的人時，助理會及時提醒。</p><p>　　目前美國一家機器人研發(fā)機構開發(fā)了一類以速度取勝的軍用機器人，它具有的速度可達到每小時15英里，使其在戰(zhàn)爭中也能夠準確的傳遞情報。此外，在速度之余，它還具有夜視功能，有助

40、于在戰(zhàn)爭中窺測地方情況，及時觀測對方舉動并傳遞給本部，以做出及時準確的反應，以免被突襲。另外，可穿戴機器人同樣是機器人研發(fā)的特點項目，令可穿戴機器人承擔個人管家的職責，在老年人、殘障人士的生活中可發(fā)揮極大作用。有人對此做出預測，表示未來十年內(nèi)，可穿戴機器人將實現(xiàn)百分之四十的普及率。</p><p>　　2.1.5類人機器人</p><p>　　與人們心中普遍的機器人想象形象不同。但是，科學

41、家們從未放棄研究具有人類外觀的機器人的追求，但保證外觀和功能與人類的一致，在目前的機器人研發(fā)水平來說，是一個巨大的挑戰(zhàn)，主要難度在于對人類行為舉止的模仿。此外，令機器人具備人類的表情和反應同樣具有極大的挑戰(zhàn)性。</p><p>　　2.2家用學習機器人產(chǎn)品概念構思</p><p>　　通常，我們觀看影視作品的時候所看到的機器人都是類似人身體形狀的機器人。他們有靈活的四肢和機器電路組成的大腦

42、。那么現(xiàn)實生活中的機器人該不該按照這種形象來設計呢？在當前的技術下，人形機器人已經(jīng)出現(xiàn)，我們比較熟悉的HONDA的ASIMO就是人形機器人，二十世紀八十年代出現(xiàn)了直立平臺，再加上傳感技術和計算機嵌入技術等也有了不小進展，人形機器人技術也越來越成熟。</p><p>　　然而，在現(xiàn)實生活中，人形機器人卻未必能滿足市場對機器人的需求，相反，市場對機器人的需求是由其功能決定的，機器人的形式也不該只有人形一種，其實人類創(chuàng)

43、造出機器人的目的是為了幫助人們處理一些簡單重復的工作，這樣就能將人們從繁重的勞動中解放出來。人形機器人的構造并不適合幫助人類處理這樣的工作，可以這樣說，人形的雙腿在很多時候遠遠不如輪子靈活。ASIMO可以說是目前機器人技術的最高水準了，盡管這樣其在表演時也不止一次出現(xiàn)失誤，甚至是摔倒。盡管機器人的發(fā)展取得了很大的進展，很多機器人也給了人們不少震撼，但是機器人制作成本大，耗資巨大，卻無法滿足人們的需求。日后或許會出現(xiàn)比ASIMO更高端的機

44、器人，然而其可能也無法滿足人們的某些需求，比如陪護病人、照顧病人等比較精細的工作。事實上，機器人ASIMO的出現(xiàn)是為了滿足人們鏡像情結(jié)的夢想，人形機器人的設計理念并不符合人們設計機器人的目的，無法更好地完成人類希望其完成的工作，總之，人形機器人并不是機器人最優(yōu)化的形式。</p><p>　　再看Sony的AIBO機器人，其模仿了動物的形態(tài)，也是一款上市銷售的機器人產(chǎn)品，其功能是為了滿足人類娛樂需求。然而其作為娛樂

45、機器人，其高額的開發(fā)成本和售價也制約了它的發(fā)展。而繁重的工作我們可以選擇用各種各樣的工具來幫助我們完成，把這些工具組合在一起來幫助我們應對那些繁重的工作，這其實就是機器人的設計雛形。但是在面對競爭激烈的市場時，融合多種技術手段設計出來的機器人卻不一定是人們最經(jīng)濟的選擇。</p><p>　　2.3家用學習機器人的交互作用與設計要素</p><p>　　在家用機器人的設計理念中，機器人被賦予

46、功能上的自主性，用戶只需要在機器人產(chǎn)品維護和指定功能及啟動上面需要完成一些簡單的操作之外，機器人在工作中的其他時候不需要用戶介入，這是家用機器人的獨特優(yōu)勢，也是機器人應該具備的競爭優(yōu)勢。</p><p>　　那么如何保證這一設計理念成為現(xiàn)實，即盡可能地優(yōu)化這一機器人產(chǎn)品設計以滿足人們的家用需求呢？首要的問題是保證產(chǎn)品的交互性。交互性設計改進方法可以通過情景研究來實現(xiàn)。即模擬機器人的日常工作，包括使用環(huán)境、用戶、機

47、器人需要完成的工作等內(nèi)容。人種學發(fā)展衍生出了相關情景研究，可以用來統(tǒng)計一些實驗數(shù)據(jù)和基礎資料。情景研究的目的是將產(chǎn)品設計關注焦點聚集到產(chǎn)品使用時的情景上面，忽視產(chǎn)品本身因素。情景研究的內(nèi)容會影響到用戶的相關體驗，在進行情景研究時要注意以下幾個方面：(l)要明確客戶的需求和客戶的真實體驗；(2)要注意和客戶即被調(diào)查者的互動；(3)注意團隊合作，識別團隊關注點：(4)關注真實結(jié)果而不是要表達的觀點：(5)關注小樣本和豐富的定性數(shù)據(jù)的創(chuàng)意。&

48、lt;/p><p>　　結(jié)合上面所談及的幾點，我們發(fā)現(xiàn)家用機器人需要滿足以下設計要素：</p><p>　?。?）要具備人機交互性，發(fā)展機器人的優(yōu)勢；</p><p>　?。?）機器人高效執(zhí)行人們發(fā)出的工作指令的保障是其高效的模糊前端和分布式設計方法；</p><p>　?。?）機器人的平臺化與標準化是保護設計投入回報，其可以延長產(chǎn)品使用年限，提

49、高產(chǎn)品效益；</p><p>　　（4）市場的需求改變要根據(jù)客戶的體驗來判斷，要重視客戶需求。</p><p>　　3家用學習機器人的設計方案</p><p>　　3.1家用學習智能機器人的設計構思</p><p><b>　　3.1.1設計初衷</b></p><p>　　兒童學習產(chǎn)品的相關設計

50、一直以來被人們所關注，在兒童學習產(chǎn)品中合理應用情感化要素是設計成功與否的關鍵。情感化設計理論強調(diào)以使用者精神需求為導向進行設計研究。將情感要素與產(chǎn)品形態(tài)緊密結(jié)合，引發(fā)用戶的聯(lián)想。兒童是一個重要的消費群體，其心理單純，對事物會產(chǎn)生一種本能的和無意識的認知行為，設計的良性引導作用對于兒童的健康成長至關重要，在設計過程中，需關注兒童的心理特征、面部表情和行為舉止，根據(jù)這些情感要素進行設計，全面提升兒童對產(chǎn)品的使用體驗，設計一款新的學習陪伴型機

51、器人。</p><p><b>　　3.1.2頭腦風暴</b></p><p>　　隨著機器人相關研究趨于成熟及市場需求的不斷增加，學習型機器人層出不窮。首先設計了兩款具有代表性的學習型機器人為例，對其造型設計進行分析和頭腦風暴。初期做過多種嘗試和實驗均以失敗告終。因為沒有腿部，主要靠底部的輪子實現(xiàn)移動，其造型主要模仿人類的身體，給兒童帶來親近感。</p>

52、<p>　　圖3-1早期頭腦風暴（a） 圖3-1早期頭腦風暴（b）圖3-1早期頭腦風暴（c）</p><p><b>　　3.1.3風格確定</b></p><p>　　感官分為視覺、聽覺、嗅覺及觸覺等，反映到產(chǎn)品設計上包含造型、材質(zhì)及顏色等要素。這些要素是兒童獲取信息的重要途徑，兒童學習陪伴型機器人的造型屬于情感化設計的本能層面，針對該層面的機器人造型

53、要符合兒童的感官需求及認知心理。根據(jù)兒童對造型的感官需求，進行草圖方案設計，給出三款方案機器人采用面部溫和、四肢有力且夸大腳部的造型特征，配色以白色為主，搭配一定的點綴色。</p><p>　　表3-1造型方案比較分析</p><p>　　兒童學習陪伴型機器人的頭部及其表情是設計中的重點部分，頭部和面部造型設計決定了機器人是否能和兒童進行有效的情感溝通和信息交流。通過大量草圖繪制和模擬測試

54、，以兒童的視角設計了頭部交流界面的造型元素，并不斷提煉和優(yōu)化了方案，最后由于不斷地查資料、進行創(chuàng)作草圖的嘗試確定了智能機器人的內(nèi)容設定，成功設計嘗試，定下了這種風格。本設計的重點是交互，這個學習機器人綜合語音控制即可當鬧鐘，眼部當攝像頭又是趣味性的學習機器，是機器人與語音控制的交互系統(tǒng)。經(jīng)隨機兒童感官體驗測試，逐步確定了具有親和力和吸引力的造型搭配。色彩設計上，使用不同明度的色彩與白色搭配，簡潔明快，符合兒童產(chǎn)品單純化配色原則。具有語音

55、識別功能、關節(jié)靈活度高、能完成較復雜的肢體動作，同時具有表情分析和聲音辨識功能，手部較為靈活和逼真。</p><p>　　圖3-2 最終方案的確定</p><p><b>　　3.1.4草圖制作</b></p><p>　　圖3-3草圖制作（a） 圖3-3草圖制作（b）</p><p>　

56、　圖3-3草圖制作（c）</p><p>　　3.2家用學習智能機器人的設計概述</p><p>　　由于隨著科技的不斷發(fā)展，人們的生活也已經(jīng)進入了一個更高的層次，所以人們對于科技的要求也越來越高，設計使得藝術與美感共存，所以設計已儼然成為鏈接科技與人之間感情的橋梁。家用機器人是人類社會高科技發(fā)展的產(chǎn)物，以科學合理化、合理的功能化為前提，設計指導成為高科技發(fā)展和人類情感的平衡劑。家用機器人

57、設計小型化，輕巧化，行動敏捷化，音視感測靈敏化等都依賴于設計指導。</p><p>　　家用機器人的設計表達方式有以下幾個方面的探討：對于機器人的設計，通過對人物特點的整改，使其擁有人的特點，與真正的人更加相像，所以更加可以和人一起產(chǎn)生情感共鳴。</p><p>　　造型設計上，一般可考慮仿生造型設計，仿動物，植物，仿人型設計等諸多自然形態(tài)都能使人產(chǎn)生親切感，避免排斥純機器。也可以采用較為

58、幾何造型，簡單明了，現(xiàn)代感十足。</p><p>　　色彩上，既要反映機器人高科技時代感，又要適用于家用親和性。色彩冷暖合理搭配，以及黑白灰的調(diào)和應用。這點日本和韓國的家電產(chǎn)品設計提供了很多借鑒。不僅造型仿人型，明亮的黃色也帶給人親近愉悅的感覺。</p><p>　　在選材上，盡量選擇一些和人體皮膚手感相近的材料，讓人感覺在進行互動時，對面的不是一個機器，而是一個人從而產(chǎn)生內(nèi)心的親近感。&

59、lt;/p><p>　　通過對功能的開發(fā)、明確、集合實現(xiàn)家用機器人人一機一環(huán)境系統(tǒng)合理布局及協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使操作宜人化，以滿足生理和精神需求。家用機器人功能的擴充集合，使其具備如家務清潔、休閑娛樂、家庭看護、安全監(jiān)控等功能，在明確的基礎上集成，使其更智能化，方便操作和溝通。</p><p>　　通過對于機器人設計的的具體化到語句標號，形象等統(tǒng)統(tǒng)規(guī)范化，使人感覺溝通無障礙，并且有人與人之間的親切感，

60、同時通過對系統(tǒng)的規(guī)范，也可以減少誤差。</p><p>　　作為高科技產(chǎn)物，其目的本身就是為人民服務，所以現(xiàn)在的設計已經(jīng)把目光放到了殘疾人身上，這也更加體現(xiàn)了設計中的人性化表現(xiàn)，但是在進行設計的時候，雖然是給殘疾人，但是在一定程度上還是要符合多數(shù)人的需要，以便維系殘疾人的自尊，在這一點，德國的盲人閱讀機器人堪稱典范。設計不是空口號，而應是深植于設計師心中的指導原則。</p><p>　　機

61、器人觸覺傳感器。機器人的觸覺傳感器分為感知力傳感器和視覺傳感器。機器人也是多種多樣的，有一種機器人稱為觸覺機器人，就是利用力的傳感器，可以給機器人一個對外界力有所感知的功能，所以機器人就具備了人的雙手一樣的感知力。當然也可以通過對機器人視覺影像件的導入，是機器人可以對外界影像有一個感知判斷，從而具有視覺意識，這樣一來，機器人所具有的功能在很大程度上與人無異，甚至在一定程度上，它的精準程度要超過人類，所以就更加受到歡迎，目前倫敦大學，愛丁

62、堡大學，等一些知名大學都開設了關于這一方面的研究課程。</p><p>　　機器人聲音傳感器。既然機器人有了觸覺和視覺，怎么可以少了聽覺，給機器人加入聲音傳感器，可以是機器人對于聲音有一個準確的了解，再加上機器人的大腦也相當于一個數(shù)據(jù)庫，所以可以容納上百種聲音，這樣一來，機器人就可以擁有“聞聲識人”的能力。</p><p>　　機器人運動性能。人們研究機器人的初衷也就是為了方便自己的生活，

63、在一些需要體力活動的時候，可以有機器人代替，所以機器人一定要有能動性。說到機器人的運動性能，設計起來是非常復雜的，需要運用多方面的函數(shù)知識，比如對于其手臂的設計，就需要運用到坐標原理，從而使其更加精準，更加靈活。</p><p>　　3.3家用學習型智能機器人的優(yōu)缺點</p><p><b>　?。?）色彩搭配</b></p><p>　　圖3

64、-4市場上常見的智能機器人色彩搭配</p><p>　　與市場上常見的智能機器人相比，本次設計的學習型智能機器人的色彩搭配與市場常見的比較類似，都是以白色或者滅作為底色，配以其他顏色作為點綴。與市場常見的智能機器人并無太大差別。</p><p><b>　?。?）造型設計</b></p><p>　　圖3-5市場上常見的智能機器人造型</

65、p><p>　　與市場上常見的智能機器人相比，本設計的學習型智能機器人具有的有缺點是：造型不夠小巧，占用空間比較大，市場上的智能機器人頭部造型大都是采用比較簡單的擬動物形象或者是直接的一個攝像頭，胸部造型是擬人的肌肉感造型或者平滑的流線型設計，大部分是沒有四肢的，尤其是腿部采用的是輪子的設計，本設計采用的是擬人的頭部造型，空白的胸部造型，完全的四肢，造型比較具有親和力，空白的胸部節(jié)約了材料。結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術對機器人每

66、個關節(jié)的運動范圍和運動特點進行評估，由于加入了內(nèi)部骨骼模型，可知每個關節(jié)的運動節(jié)點及力臂的長度，并通過對四肢的動作及結(jié)構設計更好地幫助兒童與機器人之間實現(xiàn)順暢交流。</p><p><b>　　（3）安全性</b></p><p>　　本設計兩個方面：讓無操作經(jīng)驗的兒童準確操控機器人，獲得舒適、趣味的情感體驗，依托造型特征設計機器人的動作，以正確引導兒童行為。首先，操

67、作的方式應具有直觀性，智能機器人無需過多的操控裝置。從基本的形態(tài)和符號語言即可識別使用方法。其次，要有預判性，預設出兒童的連續(xù)動作，使機器人默認的設置符合兒童的使用習慣、尺寸、比例及動作特征適合兒童的生理特點。借助計算機輔助設計手段驗證機器人造型的結(jié)構可行性和動作設置的合理性。結(jié)合每個關節(jié)的內(nèi)部結(jié)構特點進行適配調(diào)整，保證機器人運動的流暢性。利用軟件進行三維建模，并根據(jù)建模結(jié)果進行結(jié)構設計。</p><p><

68、;b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　機器人在很大程度上，具有一定的娛樂性和智能型，容易被人接受。并且隨著科技的不斷發(fā)展，機器人也得到了更好的研究開發(fā)。隨著他的越來越智能化，它已經(jīng)逐步進軍于教育領域，現(xiàn)在社會又普遍倡導孩子可以在“玩中學，學中玩”，因此機器人在各個學術研究和兒童教育方面都發(fā)揮了巨大的作用，也越來越受到重視。機器人的核心部件，是控制中心。實現(xiàn)語言動作的傳輸。所有的語言程序

69、都讀入里面。來實現(xiàn)操作。完成各式各樣的動作和功能。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文終于在我的導師辛勤指導下完成了。教師知識淵博，實事求是的態(tài)度和嚴謹態(tài)度使我不僅受益于論文的進程，而且對我未來的生活，工作和學習具有長遠的指導意義。我要向?qū)煴硎局孕牡母兄x！</p><p>　　感謝所有的老師，沒有他們，我

70、不能得到這么豐富的知識，所以我的生活向前邁進了一大步。在過去幾年的學習時間里，我不僅從他們的知識體系中學到了，而且還從他們的教學態(tài)度中學習，欣賞奉獻精神的真正意義。真誠地感謝他們?yōu)槲易龅囊磺小?lt;/p><p>　　感謝所有的學生，以及其他班級，我一起工作，學習學生，沒有你的支持和幫助，我不能順利完成學術和畢業(yè)論文。</p><p>　　最后，我要感謝我的父母，是他們默默的支持和鼓勵，無論是

71、精神上還是物質(zhì)上，都給予我極大的幫助和照顧，使我能夠有動力有信心來完成這篇論文。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]顧義坤.基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的家用機器人遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學,2006.</p><p>　　[2]冀龍濤.基于Android手機的家用機器人控制技術研究[D].哈爾濱工

72、業(yè)大學,2013.</p><p>　　[3]彭瓊.人性化設計指導下的家用機器人設計探討[J].藝術與設計(理論),2009,02:151-153.</p><p>　　[4]杜毓聰,金連文.通過WiFi移動IP網(wǎng)絡操控家用機器人方案在PDA上的實現(xiàn)[J].計算機應用,2009,07:1865-1867.</p><p>　　[5]董波.多通道融合的家用機器人精準定

73、位研究[D].上海工程技術大學,2016.</p><p>　　[6]劉翼.B公司智能家用機器人項目可行性分析[D].湖南大學,2016.</p><p>　　[7]李瑞峰,顧義坤.基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的家用機器人遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].制造業(yè)自動化,2006,10:71-74.</p><p>　　[8]李瑞峰,冀龍濤.基于Android手機的家用機器人控制技

74、術研究[J].計算機工程與設計,2013,12:4389-4394.</p><p>　　[9]李強.智能家用機器人[J].科技信息,2013,22:273-274.</p><p>　　[10]趙巍.家用機器人的產(chǎn)品形式與設計要素[D].浙江大學,2008.</p><p>　　[11]李麟.家用機器人語音識別及人機交互系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學,2007.

75、</p><p>　　[12]李瑞峰,李麟.基于RSC4128的家用機器人語音人機交互系統(tǒng)的設計[J].制造業(yè)自動化,2007,10:30-33.</p><p>　　[13]武寧,肖星星,馮瑞.家用機器人的說話人識別系統(tǒng)[J].計算機工程,2012,02:207-209+212.</p><p>　　[14]馮子嬌.簡述未來家用機器人的發(fā)展方向[J].科技資訊,2